KR101626135B1 - 지락전류 검출 장치 - Google Patents

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한승만
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 비접지 계통의 지락전류를 검출하기 위한 지락전류 검출 장치는 상기 비접지 계통에 설치된 GPT(Ground Potential Transformer)로부터 영 위상(zero phase) 전압을 수신하는 제1 단자, 모터에 연결되는 3선을 관통하는 ZCT(Zero phase Current Transformer)로부터 검출 전류를 수신하는 제2 단자, 그리고 상기 제1 단자로부터 수신한 영 위상 전압과 상기 제2 단자로부터 수신한 검출 전류 간의 위상차를 이용하여 유효 지락전류를 계산하는 제어부를 포함한다.

Description

지락전류 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING GROUNDING CURRENT}
본 발명은 비접지 계통의 지락전류 검출을 위한 장치에 관한 것이다.
비접지 계통에서는 계통접지를 비접지하므로, 지락고장이 발생하더라도 고장선로에 지락전류가 거의 흐르지 않는다. 이와 같이, 지락전류를 용이하게 검출할 수 없는 경우, 공장 등의 생산 프로세스 상에 장애가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 비접지 계통에 접지용 변압기(Grounding Potential Transformer, GPT)를 설치하여 지락고장 시 소정의 지락전류를 발생시키고, 이를 보호계전기가 검출하여 전원을 차단시킨다. 보호계전기로는, 예를 들면 계통의 주요 부하에 설치되는 선택형 접지 계전기(Selective Ground Relay, SGR) 또는 하위 급전선(feeder)에 설치되는 전자식 과부하 계전기(Electronic OverCurrent Relay, EOCR)가 있다.
도 1 내지 2는 전자식 과부하 계전기를 이용하여 비접지 계통의 지락전류를 검출하는 내용을 설명하는 도면이고, 도 3 내지 4는 선택형 접지 계전기를 이용하여 비접지 계통의 지락전류를 검출하는 내용을 설명하는 도면이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 모터(10)에 연결된 3선(U, V, W)을 영 위상 변류기(Zero phase Current Transformer, ZCT, 20)가 관통하고 있으며, ZCT(20)는 3선에 흐르는 전류를 검출한다. ZCT(20)가 검출하는 전류(Io)는 유효 전류(Ir)와 선로 충전 전류(Ic)의 벡터 합이다. 여기서, 유효 전류(Ir)는 순수 저항 성분이며, 선로 충전 전류(Ic)는 모터(10)의 전원 인입회로, 인접 전원, 인접 계통 등의 영향으로 발생할 수 있다. 그리고, 전자식 과부하 계전기(30)는 ZCT(20)로부터 수신한 전류가 임계값 이상이면, 모터(10)와 전원 입력 단자(L1, L2, L3) 사이에 배치된 차단기(Molded Case Circuit Breaker, MCCB)의 트립(trip) 신호를 송출한다.
한편, 실제로 화재 또는 기기 파손 등의 피해를 발생시키는 지락전류는 순수 저항 성분인 유효 전류(Ir)이다. 따라서, 선로 충전 전류(Ic)가 ZCT(20)를 통하여 검출된 경우, 전자식 과부하 계전기(30)는 지락고장이 실제로는 발생하지 않았음에도 지락고장이 발생한 것으로 판단하고, 차단기의 트립 신호를 송출할 수 있다. 이에 따라, 모터가 불필요하게 정지하게 되며, 생산 프로세스 상에 손실이 발생할 수 있다.
또한, ZCT(20)는 검출한 전류의 크기만을 고려하므로, 비접지 계통에서 지락고장이 발생한 경우, 고장선로의 보호계전기뿐만 아니라 그 계통에 연계되어 있는 다른 선로의 보호계전기도 영향을 받을 수 있다. 이에 따라, 고장선로를 찾는데 많은 비용 및 시간이 소모될 수 있다.
도 3 내지 4를 참조하면, 선택형 접지 계전기(Selective Ground Relay, SGR, 100)는 비접지 계통에 설치된 GPT(Ground Potential Transformer, 110)의 3차측 및 ZCT(120)와 연결되고, GPT(110)로부터 출력되는 영 위상 전압의 방향 및 ZCT(120)를 통해 검출되는 지락전류의 방향을 이용하여 지락고장의 유무를 판별한다. 이에 따라, GPT(110)의 3차측과 SGR(100)의 결선 방향이 반대가 되는 경우, 지락고장이 발생하더라도 이를 판별할 수 없다. 뿐만 아니라, 일반적인 비접지 계통에서는 하나의 GPT(110)에 복수의 SGR(100)을 구성하므로, 모든 SGR(100)에 동일하게 결선 방향이 반대가 될 수 있다. 이러한 경우, 지락고장이 발생하지 않은 경우에도 모든 SGR(100)이 지락고장이 발생한 것으로 판별하여, 생산 프로세스 상의 손실을 초래하게 된다. 또한, SGR(100)의 동작 위상은 사용자에 의하여 설정되거나, 미리 고정되어 있을 수 있다. 사용자에 의하여 동작 위상이 잘못 설정되는 경우 SGR(100)이 오동작할 수 있으며, 동작 위상이 미리 고정되는 경우 SGR(100)의 정밀한 동작을 기대하기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 비접지 계통의 지락전류 검출을 위한 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 비접지 계통의 지락전류를 검출하기 위한 지락전류 검출 장치는 상기 비접지 계통에 설치된 GPT(Ground Potential Transformer)로부터 영 위상(zero phase) 전압을 수신하는 제1 단자, 모터에 연결되는 3선을 관통하는 ZCT(Zero phase Current Transformer)로부터 검출 전류를 수신하는 제2 단자, 그리고 상기 제1 단자로부터 수신한 영 위상 전압과 상기 제2 단자로부터 수신한 검출 전류 간의 위상차를 이용하여 유효 지락전류를 계산하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 영 위상 전압의 절대값을 이용하여 상기 유효 지락전류를 계산할 수 있다.
상기 제어부는 하기 수학식에 의하여 상기 유효 지락전류를 계산할 수 있다:
Ig=Io×cosθ
여기서, Io는 상기 검출 전류이고, θ는 상기 영 위상 전압과 상기 검출 전류 간의 위상 차이며, 상기 Ig는 유효 지락전류이다.
상기 제어부는 상기 유효 지락전류가 임계값 이상인 경우, 상기 모터에 대한 차단기의 트립(trip) 신호를 송출할 수 있다.
상기 지락 전류 검출 장치는 전자식 과부하계전기(Electronic OverCurrent Relay, EOCR)일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 비접지 계통의 지락전류를 검출하기 위한 지락전류 검출 시스템은 상기 비접지 계통에 설치되며, 지락 발생 시 영 위상(zero phase) 전압을 출력하는 GPT(Ground Potential Transformer), 모터에 연결되는 3선을 관통하며, 상기 3선에 흐르는 전류를 검출하는 ZCT(Zero phase Current Transformer), 그리고 상기 GPT로부터 출력된 영 위상 전압 및 상기 ZCT에 의한 검출 전류 간의 위상차를 이용하여 유효 지락전류를 계산하는 지락전류 검출 장치를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 비접지 계통의 지락전류 검출의 신뢰성을 높일 수 있다. 그리고, 보호계전기의 결선 방향에 따른 오동작 및 부동작을 예방할 수 있으며, 보호계전기의 동작 위상각을 설정할 필요가 없으므로, 오설정에 따른 위험이 없다.
도 1 내지 2는 전자식 과부하 계전기를 이용하여 비접지 계통의 지락전류를 검출하는 내용을 설명하는 도면이다.
도 3 내지 4는 선택형 접지 계전기를 이용하여 비접지 계통의 지락전류를 검출하는 내용을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 지락검출 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 지락검출 장치의 단자 결선도를 나타낸다.
도 7은 GPT로부터 출력되는 영 위상 전압(Vo)과 ZCT로부터 출력되는 검출 전류(Io) 간의 위상차를 설명하는 도면이다.
도 8은 영 위상 전압(Vo), 검출 전류(Io) 및 유효 지락전류(Ig) 간의 위상차를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 지락검출 시스템을 나타내고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 지락검출 장치의 단자 결선도를 나타낸다.
도 5 및 6을 참조하면, 지락검출 시스템(500)은 비접지 계통의 3상 Y-오픈 델타(Y-open delta) 결선에 연결되는 GPT(Ground Potential Transformer, 510), 모터에 연결되는 3선을 관통하는 ZCT(Zero phase Current Transformer, 520) 및 GPT(510)와 ZCT(520)에 연결되는 지락전류 검출장치(530)를 포함한다.
GPT(510)는 영 위상 전압(Vo)을 출력한다. 이를 위하여, GPT(510)의 3차측에는 한류저항기(Current Limiting Resistor, CLR)가 배치될 수 있다.
그리고, ZCT(520)는 모터에 연결되는 3선에 흐르는 전류(Io)를 검출한다. ZCT(520)가 검출하는 전류(Io)는 유효 지락전류(Ig)와 선로 충전 전류(Ic)의 벡터 합이다. 여기서, 선로 충전 전류(Ic)는 모터의 전원 인입회로, 인접 전원, 인접 계통 등의 영향으로 발생할 수 있다.
지락전류 검출장치(530)는 GPT(510)로부터 출력된 영 위상 전압(Vo) 및 ZCT(520)가 검출한 전류(Io)를 이용하여 지락고장 발생 유무를 판별하고, 차단기의 트립(trip) 신호를 송출한다. 여기서, 지락전류 검출장치(530)는, 예를 들면 전자식 과부하 계전기(Electronic OverCurrent Relay, EOCR)일 수 있다.
지락전류 검출장치(530)는 도 6에서 도시한 바와 같이, GPT(510)로부터 영 위상 전압(Vo)을 수신하는 단자(V1, V2), 그리고 ZCT(520)로부터 검출 전류(Io)를 수신하는 단자(Z1, Z2)를 포함할 수 있다.
그리고, 지락전류 검출장치(530)의 내부에 포함되는 제어부(미도시)는 단자(V1, V2)를 통하여 수신한 영 위상 전압(Vo)과 단자(Z1, Z2)를 통하여 수신한 검출 전류(Io) 간의 위상차를 이용하여 순수 저항 성분인 유효 지락전류(Ig)를 계산한다. 도 7은 GPT(510)로부터 출력되는 영 위상 전압(Vo)과 ZCT(520)로부터 출력되는 검출 전류(Io) 간의 위상차를 설명하는 도면이며, 도 8은 영 위상 전압(Vo), 검출 전류(Io) 및 유효 지락전류(Ig) 간의 위상차를 나타내는 도면이다. 도 7 내지 8에서 도시된 바와 같이, GPT(510)로부터 출력되는 영 위상 전압(Vo)과 ZCT(520)로부터 출력되는 검출 전류(Io) 중 유효 지락전류(Ig)는 동상(same phase)이다. 이에 따라, 영 위상 전압(Vo)과 검출 전류(Io) 간의 위상 차를 추출하고, 이를 하기 수학식 1에 적용하면, 유효 지락전류(Ig)를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Ig=Io×cosθ
여기서, Io는 검출 전류이고, θ는 영 위상 전압과 검출 전류 간의 위상 차이며, Ig는 유효 지락전류이다.
한편, 지락전류 검출장치(530)는 GPT(510)로부터 출력되는 영 위상 전압(Vo)의 절대값을 이용하여 유효 지락전류(Ig)를 계산할 수 있다. 이에 따라, GPT(510)와 지락전류 검출장치(530)의 결선 방향이 반대로 연결되었을 경우에도, 지락전류 검출 장치(530)의 오동작을 방지할 수 있다. 즉, 하기 수학식 2와 같이 유효 지락전류(Ig)를 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Ig=Io×|cosθ|=Io×|cos(180-θ)|
이때, 지락전류 검출 장치(530)에 연결된 디스플레이 장치 또는 지락전류 검출 장치(530)에 내장된 디스플레이는 영 위상 전압(Vo)의 값을 + 또는 -값으로 출력하여 사용자가 결선방향을 확인하도록 할 수도 있다.
지락전류 검출 장치(530)는 계산한 유효 지락전류(Ig)가 임계값 이상인 경우, 모터에 대한 차단기의 트립(trip) 신호를 송출할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 간략하게 도시하였으나, 지락전류 검출 장치(530), 즉 EOCR은 도 1에 도시된 바와 같이 MC(Magnetic Contactor)를 통하여 차단기(Molded Case Circuit Breaker)에 트립 신호를 송출할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 비접지 계통의 지락전류를 검출하기 위한 지락전류 검출 장치에 있어서,
    상기 비접지 계통에 설치된 GPT(Ground Potential Transformer)로부터 영 위상(zero phase) 전압을 수신하는 제1 단자,
    모터에 연결되는 3선을 관통하는 ZCT(Zero phase Current Transformer)로부터 검출 전류를 수신하는 제2 단자, 그리고
    상기 제1 단자로부터 수신한 영 위상 전압과 상기 제2 단자로부터 수신한 검출 전류 간의 위상차를 이용하여 유효 지락전류를 계산하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 검출 전류는 상기 영 위상 전압과 동상인 유효 지락전류와 선로 충전 전류의 벡터 합인 지락전류 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 영 위상 전압의 절대값을 이용하여 상기 유효 지락전류를 계산하는 지락전류 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 하기 수학식에 의하여 상기 유효 지락전류를 계산하는 지락전류 검출 장치:
    Ig=Io×cosθ
    여기서, Io는 상기 검출 전류이고, θ는 상기 영 위상 전압과 상기 검출 전류 간의 위상 차이며, 상기 Ig는 유효 지락전류이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 유효 지락전류가 임계값 이상인 경우, 상기 모터에 대한 차단기의 트립(trip) 신호를 송출하는 지락전류 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지락 전류 검출 장치는 전자식 과부하계전기(Electronic OverCurrent Relay, EOCR)인 지락 전류 검출 장치.
  6. 비접지 계통의 지락전류를 검출하기 위한 지락전류 검출 시스템에 있어서,
    상기 비접지 계통에 설치되며, 지락 발생 시 영 위상(zero phase) 전압을 출력하는 GPT(Ground Potential Transformer),
    모터에 연결되는 3선을 관통하며, 상기 3선에 흐르는 전류를 검출하는 ZCT(Zero phase Current Transformer), 그리고
    상기 GPT로부터 출력된 영 위상 전압 및 상기 ZCT에 의한 검출 전류 간의 위상차를 이용하여 유효 지락전류를 계산하는 지락전류 검출 장치
    를 포함하고,
    상기 검출 전류는 상기 영 위상 전압과 동상인 유효 지락전류와 선로 충전 전류의 벡터 합인 지락전류 검출 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지락전류 검출 장치는 전자식 과부하계전기(Electronic OverCurrent Relay)인 지락전류 검출 시스템.
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JP2014014208A (ja) * 2012-07-03 2014-01-23 Takaoka Electric Mfg Co Ltd 地絡方向継電装置

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